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含VOCs可燃性气体爆炸极限的计算
Date:2021-07-30 Number:542

1、定义

可燃性混合物能够发生爆炸的最低浓度称为爆炸下限,有时亦称为着火下限。在低于爆炸下限时,既不爆炸,也不着火。这是由于可燃物浓度不够,过量空气的冷却作用,阻止了火焰的蔓延。


2、简介 

可燃性混合物的爆炸极限范围越宽、爆炸下限越低其爆炸危险性越大。这是因为爆炸极限越宽则出现爆炸条件的机会就多;爆炸下限越低则可燃物稍有泄漏就会形成爆炸条件。点燃在空气中的气体,气体可能会引爆,或者会很快停止。是哪个情况,是由气体在空气中的浓度来决定的。当气体浓度太低,没有足够燃料来维持爆炸;当气体浓度太高,没有足够氧气燃烧。气体只有在两个浓度之间才可能引爆,这两个浓度称为爆炸下限(LEL)、爆炸上限(UEL),惯以百分比表示。它们是气体的爆炸极限(又称爆炸界限)。 

各种可燃气体和燃性液体蒸气的爆炸极限,可用专门仪器测定出来,或用经验公式估算。爆炸极限的估算值与实验值一般有些出入,其原因是在计算式中只考虑到混合物的组成,而无法考虑其他一系列因素的影响,但仍不失去参考价值。  

 

3、计算

(1)根据化学理论体积分数近似计算

  爆炸气体完全燃烧时,其化学理论体积分数可用来确定链烷烃类的爆炸下限,公式如下:


  L下≈0.55C0

  

       式中

       0.55——常数;

  C0——爆炸气体完全燃烧时化学理论体积分数。

       若空气中氧体积分数按20.9%计,C0可用下式确定


  C0=20.9/(0.209+nO)


  式中 nO——可燃气体完全燃烧时所需氧分子数。

  

       如甲烷燃烧时,其反应式为

  CH4+2O2→CO2+2H2O

  此时nO =2

  则L下=0.55×20.9/(0.209+2)=5.2由此得甲烷爆炸下限计算值比实验值5%相差不超过10%。

 (2) 对于两种或多种可燃气体或可燃蒸气混合物爆炸极限的计算

  目前,比较认可的计算方法有两种:


  a、莱夏特尔定律

  对于两种或多种可燃蒸气混合物,如果已知每种可燃气的爆炸极限,那么根据莱?夏特尔定律,可以算出与空气相混合的气体的爆炸极限。用Pn表示一种可燃气在混合物中的体积分数,则:


  LEL=(P1+P2+P3)/(P1/LEL1+P2/LEL2+P3/LEL3) (V%)


  混合可燃气爆炸上限: 


  UEL=(P1+P2+P3)/(P1/UEL1+P2/UEL2+P3/UEL3) (V%)

  此定律一直被证明是有效的。


  b、 理查特里公式

  理查特里认为,复杂组成的可燃气体或蒸气混合的爆炸极限,可根据各组分已知的爆炸极限按下式求之。该式适用于各组分间不反应、燃烧时无催化作用的可燃气体混合物。


  Lm=100/(V1/L1+V2/L2+……+Vn/Ln)


  式中

       Lm——混合气体爆炸极限,%;

  L1、L2、L3——混合气体中各组分的爆炸极限,%;

  V1、V2、V3——各组分在混合气体中的体积分数,%。


  例如:一天然气组成如下:甲烷80%(L下=5.0%)、乙烷15%(L下=3.22%)、丙烷4%(L下=2.37%)、丁烷1%(L下=1.86%)求爆炸下限。

  Lm=100/(80/5+15/3.22+4/2.37+1/1.86)=4.369


 (3) 可燃粉尘

  许多工业可燃粉尘的爆炸下限在20-60g/m3之间,爆炸上限在2-6kg/m3之间。

  碳氢化合物一类粉尘如能完全气化燃尽,则爆炸下限可由布尔格斯-维勒关系式计算:


  c×Q=k


  式中

       c——爆炸下限浓度;

  Q——该物质每靡尔的燃烧热或每克的燃烧热;

  k——常数。







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